JPS637373A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、殊に半
導体デイバイス、電子写真用の感光デイバイス、画像入
力用のラインセンサー、撮像デイバイス、光起電力素子
などンて用いられるアモルファス状あるいは多結晶状等
の非単腎晶状の堆積膜を形成するのに至適なプラズマＣ
ＶＤ装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体デイバイス、電子写真用、感光デイバイス
、画保入力用ラインセンサー、撮像デイバイス、光起電
力素子等に使用する素子部材として、例えば、シリコン
を含有する非晶質（以後単に「ａ−３ｉＪと表記する。

）膜あるいは水素化シリコンを含有する非晶質（以後単
に「ａ−８ＩＨＪと表記する。）膜等が提案され、その
中のいくつかけ実用に付されている。そして、そうした
ａ−８ｉ　＆やａ−８ＩＨ膜とともにそれ等ａ−８Ｉ３
ｉやａ−８Ｉｆｌ膜等の形成法およびそれを実施する装
置についてもいくつか提案されていて、真空蒸着法、イ
オンブレーティング法、いわゆる熱ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等があり、中でもプラノ？　ＣＶ
Ｄ法は至適なものとして実用に付され、−般に広く用い
られている。

ところで、前記プラズマＣＶＤ法は、直流、高周波また
はマイクロ波エネルギーを利用して堆積膜形成用ガスを
基体表面の近傍で励起種化（ラジカル化）して化学的相
互作用を生起させ、該基体表面に膜堆積せしめるという
ものであり、そのための装置も各種提案されている。

第２図は、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装
置の典型的−例を模式的に示す断面略図であって、図中
、１は円筒状反応容器全体を示し、２は反応容器の側壁
を兼ねたカソード電極であり、３は反応容器の上壁、４
は反応容器の底壁である。前記カソード電極２と、上壁
３及び底壁４とは、夫々、碍子５で絶縁されている。

６は反応容器内に設置された円筒状基体でおり、該円筒
状基体６は接地されてアノード電極となるものである。

円筒状基体６の中には、基体加熱用ヒーター７が設置さ
れており、成膜前に基体を設定温度に加熱したり、成膜
中に基体を設定温度に維持したり、あるいは成膜後基体
をアニール処理したりするのに用いる。

８は堆積膜形成用原料ガス供給系であって、反応空間内
に該原料ガスを放出するためのガス放出孔９が多数設け
られており、該原料ガス導入管８の他端は、バルブ１０
を介して堆積膜形成用原料ガス供給系２０に連通してい
る。

堆積膜形成用原料ガス供給系２０は、ガスボンベ２０１
〜２０５、ガスボンベに設けられたパルプ２１１〜２１
５、マス７０コントローラ２２１〜２２５、マス７０コ
ントローラへの流入ハルツ２３１〜２３５及ヒマスフロ
コントローラカラの流出バルブ２４１〜２４５、及び圧
力調整器２５１〜２５５からなっている。

１１は、反応容器内を真空排気するための排気管であり
、排気パルプ１２を介して真空排気装置（図示せず）に
連通している。

１３はカソード電極２への電圧印加手段である。

こうした従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
の操作は次のようＫして行なわれる。

即ち、反応容器内のガスを、排気管１１を介して真空排
気すると共に、加熱用ヒーター７により円筒状基体６を
所定温度に加熱、保持する。次に、原料ガス導入管８を
介して、例えばａ−８ＩＨ堆積膜を形成する場合であれ
ば、プラノ等の原料ガスを反応容器内に導入し、該原料
ガスは、ガス導入管のガス放出孔９から基体表面に向け
て放出される。これと同時併行的に、電圧印加手段１３
から、例えば高周波をカソード電極２と基体（アノード
電極）６間に印加しプラズマ放電を発生せしめる。かく
して、反応容器内の原料ガスは励起され励起浬化し、Ｓ
ｉ”、ＳｉＨ＊等（＊は励起状態を表わす。）のラジカ
ル粒子、電子、イオン粒子等が生成され、これらの粒子
間または、これらの粒子と基体表面との化学的相互作用
により、基体表面上に堆ｆＸＭを形成する。

ところで、こうし九堆積膜の形成において、反応空間に
導入する原料ガスのガス圧、ガス流量、放電電力等が形
成される膜の膜質や膜厚に影響することが知られており
、膜厚および膜質が均一な堆積膜を形成するには、円筒
状基体を回転させることが提案されている。

しかし、円筒状基体を回転させて堆積膜を形成する場合
、次のような問題が存在する。

即ち、回転軸の偏心等により形成される堆積膜の膜厚や
特性が不均一となり易い、円筒状基体と回転軸とを回転
させるため両者の電気的導通、がとりにくい、円筒状基
体を回転させるための回転様構を設ける必要があるため
装置自体がコスト高になるのに加えて回転軸とモーター
の接続部でのリーク防止が固点である、基体が回転して
いるため基体自体に温度センサーを取り付けることが回
器でありしたがって基体の温度管理が不正確になり易い
等。

更に、均一な塩８２膜を形成するには、ガス導入管８の
原料ガス放出孔９から反応空間内に噴出される原料ガス
及び形成されるプラズマ放電の反応空間内における分布
が重要な因子となるが、第３図のごとき従来装置におい
ては、原料ガス導入管８の一端より原料ガスを導入する
ため、反応空間の上部と下部とではガスの流速が異なり
、排気側である下部においてはガスの流速が速くなる。

そのために下部に近づくほど、プラズマ放電により生成
したラジカルが系外にＫげやすくなり、プラズマ放電の
効率が低下する。また、堆積膜形成用原料ガスは、放電
エネルギーにより励起種化し、化学的相互作用により所
望の堆積膜を形成しうるガス（以下、「堆積性ガス」と
称す。）、例えば、ａ−８１）Ｉ膜を形成する場合であ
れば、５ｔ）（、，８１，Ｈ，等のシランガスが用いら
れるが、これらの堆積膜形成用原料ガスは、Ｈ２、Ｈｅ
、　Ａｒ等の希釈用ガスにより希釈して用いられるとこ
ろ、その場合、第３図に示す従来装置においては、反応
空間の上部と下部では、プラズマ放電の強度分布が不均
一になってしまうことの他、堆積性ガスと希釈用ガスの
混合比率に変動が生じ、特に排気側である下部において
は、希釈用ガスの割合が異常に高くなってしまうという
問題がある。そしてこの問題は、希釈用ガスとしてＨ，
ガスを用いた場合、特に顕著である。

以上のごとく、従来装置においては、反応空間内のプラ
ズマ強度分布が不均一になってしまうこと、そして堆積
膜形成用原料ガスの系内分布が不均一になってしまりこ
とが原因で、形成される堆積膜の膜厚及び膜質を不均一
なものにしてしまうという問題があり、こうした問題は
円筒状基体が長くなる程顕著となる。

こうし九ことから、プラズマＣＶＤ法は至適ｉ方法とさ
れてはいるものの、円筒状基体の上部及び下部において
も均一な板厚及び膜質を有する堆積１Ｋを形成しようと
する場合には、前記各種成膜条件がおのずと制限されて
しまうこととなり、その結果、幅広い特性を有する各種
堆積膜を同−装置日で連続して形成したり、同−基体上
に特性の異なる複数の堆積膜を有する多層構成の堆ａ膜
を同−装市内で２！！続して形成することは、非常に困
難である。

他方、前述の各種デイバイスが多様化してきており、そ
のための素子部材として、各種幅広い特性を有する堆、
積！５全形成するととも（（、場合によっては大面積化
され；を堆積層を形成することが社会的要求としてあり
、こうしｆｃ要求を満たす堆積膜を、定常的に量産化し
うる装置の開発が切依されている。

〔発明の目的〕

本発明は、光起電力素子、半導体デイバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像デイバイス、電子写真用感光デ
イバイス等に使用する堆積膜を形成する従来装作につい
て、上述の諸問題を解決し、上述の要求を満たすように
することを目的とするものである。

すなわち本発明の主たる目的は、円筒状基体を回転させ
ることなく、反応空間内における堆積膜形成用ガスの分
布およびその希釈率を均一に保つことにより、膜厚およ
び膜質が均一な堆積膜を定常的に形成しうるプラズマＣ
ＶＤ法による堆積膜形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、形成される膜の緒特性、成膜速度
、再現性の向上及び膜品質の均一化、均質化をはかりな
がら、膜の生産性向上と共に、特に量産化を可能にし、
同時に膜の大面積化を可能にするプラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置を提供することにある。

〔発明の構成、効果〕

本発明者らは、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形
成装置についての前述の諸問題を克服して、上述の目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ガス導入管の口径
及び該ガス導入管に設けられるガス放出孔の大きさと数
が形成される堆積膜の均一性に大きく影響すると騒う知
見を得た。即ち、ガス導入管の口径及び該ガス導入管の
ガス放出孔の大きさと数によっては、形成される堆積膜
の膜厚及び膜質が円筒状基体の母線方向及び周方向にお
いて不均一となり、形成された堆積膜が電子写真用感光
体として用いられる場合には、得られた画像は全体的或
いは部分的な画像欠陥の多いものになってしまうことが
判明した。

そこで、本発明者らは上述の知見に基づｈて更に研究を
重ねたところ、ガス導入管の断面積、ガス放出孔の断面
積及びガス放出孔の数を特定の範囲内に設定することに
より、円筒状基体を回転せしめることなく、さらに原料
ガスの導入を一方向から行なう場合であっても、形成さ
れる堆積膜の膜質及び膜質の均一性が保障されることが
わかった。

本発明は該知見に基づいて完成するに至ったものであり
、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置は、
上壁、周囲壁及び底壁で密封形成されてなる反応空間を
内部に有する円筒状反応容器と、該反応空間内に円筒状
基体を設置する手段と、該円筒状基体の同軸外円周上に
該円筒状基体の長手方向に涜って設けられた複数の堆積
膜形成用原料ガス導入管と、該原料ガスを励起させて励
起種化する丸めの放電エネルギー印加手段と、前記反応
空間内を排気する手段とからなるプラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置であって、前記原料ガス導入管の側壁
に複数のガス放出孔を設け、かつ、該原料ガス導入管の
平均断面積をＳＲ〔１Ｉｎ２〕、ガス放出孔の平均断面
積をｓｒ（＋ｍｍ”Ｌ原料ガス導入管１本当りのガス放
出孔の平均個数をｎＣ釦とするとき、下記の式夏及びＢ
を満足するようＫしたことを特徴とするものである。

式； ％式％ 本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料ガスは、マイクロ波等の放電エネルギーにより励
起ｌ化し、化学的相互作用して基体表面上に所期の堆積
膜を形成する類のものであれば何れのものであっても採
用することができるが、例えばａ−８１（Ｈ，Ｘ）膜を
形成する場合であれば、具体的には、ケイ素に水素、ハ
ロゲン、あるいけ炭化水素等が結合したシラン類及びへ
ロゲン化プラン類等のガス状、［Ｆ］のもの、または容
易にガス化しうるちのをガス化したものを用いることが
できる。これらの原料ガスは１覆を使用してもよく、あ
るいは２」以上を併用してもよい。また、これ等の原料
ガスは、１（ｅＸＡｒ等の不活性ガスにより希釈して用
いることもある。さらに、ａ−８ｉ膜はｐ型不純物元素
又はｎ型不純物元素をドーピングすることが可能であり
、これ等の不純物元素を構成成分として含有する原料ガ
スを、単独で、あるいは前述の原料ガスまたは／および
希釈用ガスと混合して反応空間内に導入することができ
る。

なお、前記原料ガスは、それが二種またはそれ以上使用
される場合、その中の一種または場合によりそれ以上を
、事前に励起、種化し、次いで反応室に導入するようＫ
することも可能である。

基体については、導電性のものであっても、牛導電性の
ものであっても、あるいは電気絶縁性のものであっても
よく、具体的には、例えば金属、セラミックス、ガラス
等が挙げられる。

セして成膜操作時の基体の温度は、特に制限されるもの
ではないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的で
あり、好ましくは５０〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ以下、
好ましくはＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ以下とし、原料
ガスを導入した時には反応室内の圧力をＩ　Ｘ　１０−
”　Ｔｏｒｒ台にするのが望ましい。

本発明においては、原料ガス導入管の平均断面積ＳＲ，
ガス放出孔の平均断面積Ｓｒ、及び原料ガス導入管１木
轟りのガス放出孔の平均個数が、前述の式Ｉ及びＩＩを
満足するように設定することにより、極めて膜厚及び膜
質の均一性が良好な堆積膜を形成することができるとと
もに、グロー放電の安定性が増加して均一で優良な特性
を有する堆積膜が形成され、堆積膜形成における歩溜り
を向上せしめることができるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の装置について、実施例により更に詳しく
説明するが、本発明はこれらにより限定されるものでは
ない。

実施例１ 本例においては、基体として長さ３５８ａｉ、外径８０
ｍ＋φのＡＩ！製シサシリンダ−い、第１図に図示の装
置を用いて該基体上に’！荷注入阻止層、光導電層及び
表面保ＷＩＭからなる光受容層を下記の第１表に示す堆
積膜形成条件により形成した。なお、本例では第１図の
装備におけるガス導入管８の平均断面積Ｓｇを３０〔ｌ
１ｍ２〕、ガス放出孔の平均断面積Ｓｒを０．４　［ｔ
ｎｍ”　〕、ガス放出孔の平均個数ｎ　１＆：、２０　
（個〕とした。

即ち・　」ニーー月−÷０．０１３ ａ　　３０ ８ｒ　　　　Ｏ，４ 一、−ｘ　ｎ　−−、、−ｘ　３０−０．４第１表 堆積膜形成中の放電の安定性、及び形成された堆積膜の
帯電能、感度、歩留りについて夫々評価したところ、下
記第２表の結果を得た。

なお、評価方法は夫々以下のとおりである。

放電の安定性：プラズマ分光プルーグを反応容器内にさ
し込み、底膜中のＳＩＨ の発光強度の経時変化を追跡し、 開始直後の発光強度のバッフ中 を数値で表わす。

帯電能；複写装置に堆積膜が形成されたＡｌシリンダー
を搭載し、ドラムを回転 させながら一定帯１！量のもとのドラ ム上下端から３０口及び中央の表面 電位の測定を行なう。

感　度；上記と同様の方法で帯電させ、−定露光量のも
とに表面電位の測定を行 なう。

歩溜り；同一条件でくりかえし１０個の光受容部材を作
成し、品質（帯電能、感 度、画像欠陥）のバラツキを検査す る。

比較例１〜３ 各々の実施例において　Ｓｒ　　Ｓｒ×ｎ　を第２ａＸ
　Ｓａ 表のごとく設定した以外はすべて実施例１と同様にして
光受容層を形成し、実施例１と同様の評価を行なったと
ころ、第２表に示す結果が得られ喪。

実施例２ ガス流量ｆｃ第１表に示し７を数値の±１０％変化させ
た以外はナベて実施例１および比較例１〜３と同様だし
てＡｌシリンダー上に光受容層を形成した。

形成された光受容部材のシリンダー上部と下部とにおけ
る感度及び帯電能の均一性に関して評価を行ない、第１
図の結果を得た。第１図の縦軸はガス放出孔の個数ｎ１
横軸はガス導入管の断面積Ｓｎとガス放出孔の断面積Ｓ
ｒの比を表わしており、斜線部分及び曲線上の領域は、
シリンダー上部と下部におけるバラツキが帯電能に関し
ては±６ｖ以内、感度に関しては±５ｖ以内である領域
を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置における原料ガス導入管の平均
断面積とガス放出孔の平均断面積との比及びガス放出孔
の数の関係を示すための図であり、斜線領域内が本発明
の範囲内であることを表わしている。第２図は、プラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成装置の典型的−例ｆ、襖式
的に示すＩｆＪ１面略図面心図。 第２図に才、５いて、 １・・・反応容器、２・・・カソード！極を兼ねた周囲
壁、３・・・上壁、４・・・底壁、５・・・碍子、６・
・・円筒状基体、７・・・加熱用ヒーター、８・・・ガ
ス導入管、９・・・ガス放出孔、１０・・・バルブ、１
１・・・排気管、１２・・・排気バルブ、１３・・・電
圧印加手段、２０・・・ガ；ζ供給系、２０１〜２０５
・・・ガスボンベ、２１１〜２１５・・・パル７’、２
２１〜２２５・・・マス７０コントローラー、２３１〜
２３５・・・流入バルブ、２４１〜２４５・・・ｍｌＣ
出バルブ、２５１〜２５Ｓ・・・圧力認整器第１図 ｏＯ，０５０，Ｉ Ｓｒ／３Ｒ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上壁、周囲壁及び底壁で密封形成されてなる反応
   空間を内部に有する円筒状反応容器と、該反応空間内に
   円筒状基体を設置する手段と、該円筒状基体の同軸外円
   周上に該円筒状基体の長手方向に沿つて設けられた複数
   の堆積膜形成用原料ガス導入管と、該原料ガスを励起さ
   せて励起種化するための放電エネルギー印加手段と、前
   記反応空間内を排気する手段とからなるプラズマＣＶＤ
   法による堆積膜形成装置であつて、前記原料ガス導入管
   の側壁に複数のガス放出孔を設け、かつ該原料ガス導入
   管の平均断面積をＳ＿Ｒ〔ｍｍ＾２〕、ガス放出孔の平
   均断面積をＳｒ〔ｍｍ＾２〕、原料ガス導入管１本当り
   のガス放出孔の平均個数をｎ〔個〕とするとき、下記の
   式 I およびIIを満足するようにしたことを特徴とする
   プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。 式； ０．００１≦（Ｓｒ）／Ｓ＿Ｒ≦０．１・・・・・・・
   ・・・・・・・・ I （Ｓｒ）／Ｓ＿Ｒ×ｎ≦２（但しｎ≧２）・・・・・・
   ・・・II